(57)【要約】【課題】  色ムラが生じることを抑制できる発光ダイオードを実現する。【解決手段】  絶縁材料より成る基板12上にＬＥＤチップ14を接続・固定し、該ＬＥＤチップ14の一方の電極と一方の外部電極16ａとを接続すると共に、ＬＥＤチップ14の他方の電極と他方の外部電極16ａとを接続し、また、上記ＬＥＤチップ14を、ドーム状の不織布22で覆うと共に、該不織布22を構成する繊維24の表面に、、赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを担持せしめ、さらに、ＬＥＤチップ14及び不織布22を枠部材28で囲繞すると共に、該枠部材28内に透光性材料を充填して形成した透光性の蓋部材30によってＬＥＤチップ14を封止した発光ダイオード10。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を励起させる波長の光を放射するＬＥＤチップと、発光色の異なる複数の蛍光体を有する発光ダイオードであって、上記発光色の異なる複数の蛍光体を、多数の繊維が立体的に絡み合って形成された不織布を構成する繊維に担持させたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
上記発光色の異なる複数の蛍光体が、赤色発光用の蛍光体、緑色発光用の蛍光体、青色発光用の蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法であって、
高融点材料より成る繊維を低融点材料より成る繊維で被覆して形成した複合繊維より成る集積体を形成する工程と、
上記複合繊維を構成する低融点材料より成る繊維の融点より高く、且つ、高融点材料より成る繊維の融点より低い温度で、上記複合繊維の集積体を加熱して低融点材料より成る繊維のみを溶融させ、高融点材料より成る繊維の交差部分を、溶融した低融点材料より成る繊維を介して接着することにより、不織布を形成すると共に、発光色の異なる複数の粒子状の蛍光体を、溶融した低融点材料より成る繊維を介して、不織布を構成する繊維に接着する工程と、
を備えることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤチップから発光される紫外線等の光を、所定色の可視光に波長変換して放射する蛍光体を複数有する発光ダイオード（ＬＥＤ）及びその製造方法に係り、特に、色ムラが生じることを抑制できる発光ダイオードと、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、紫外線を放射するＬＥＤチップと、赤色発光用の蛍光体、緑色発光用の蛍光体、青色発光用の蛍光体を有する従来のＬＥＤの一例を示すものであり、該発光ダイオード60は、発光ダイオードチップ搭載用の第１のリードフレーム62の先端部62ａに、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ64を形成し、該リフレクタ64の底面に発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称する）66をＡｇペースト等を介してダイボンドすることにより、上記第１のリードフレーム62と、ＬＥＤチップ66底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。また、第２のリードフレーム68の先端部68ａと、上記ＬＥＤチップ66上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ70を介して電気的に接続して成る。
【０００３】
上記ＬＥＤチップ66の上面及び側面は、リフレクタ64内に充填された透光性エポキシ樹脂等のコーティング材72によって被覆・封止されている。
また、上記コーティング材72中には、ＬＥＤチップ66から発光された紫外線を、赤色可視光に波長変換して放射する赤色発光用の蛍光体74R、緑色可視光に波長変換して放射する緑色発光用の蛍光体74G、青色可視光に波長変換して放射する青色発光用の蛍光体74Bが混合・分散状態で多数混入されている。これら赤色発光用の蛍光体74R、緑色発光用の蛍光体74G、青色発光用の蛍光体74Bは、未硬化状態のコーティング材72中に混入された状態で、マイクロディスペンサー等を用いてリフレクタ64内に充填され、その後、コーティング材72は硬化される。
さらに、コーティング材72で被覆された上記ＬＥＤチップ66、第１のリードフレーム62の先端部62ａ及び端子部62ｂの上端、第２のリードフレーム68の先端部68ａ及び端子部68ｂの上端は、エポキシ樹脂等より成り、先端に凸レンズ部76を有する透光性の外囲器78によって被覆・封止されている。
【０００４】
而して、上記第１のリードフレーム62及び第２のリードフレーム68を介してＬＥＤチップ66に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ66が発光して紫外線が放射される。この紫外線が、コーティング材72中の赤色発光用の蛍光体74R、緑色発光用の蛍光体74G、青色発光用の蛍光体74Bに照射されることにより、赤色可視光、緑色可視光、青色可視光が放射され、これらが混色して白色光が生成される。生成された白色光は、外囲器78の凸レンズ部76で集光されて外部へ放射されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のＬＥＤ60にあっては、リフレクタ64内のコーティング材72中に、赤色発光用の蛍光体74R、緑色発光用の蛍光体74G、青色発光用の蛍光体74Bを混入しているが、蛍光体はその種類によって比重や粒径が異なるため、コーティング材72中に均一に分布せず、蛍光体の種類別に偏在していた。この場合、赤色発光用の蛍光体74R、緑色発光用の蛍光体74G、青色発光用の蛍光体74Bの発光色を十分に混色させることができず、色ムラを生じていた。
【０００６】
この発明は、従来の上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、色ムラが生じることを抑制できる発光ダイオード及びその製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明に係る発光ダイオードは、蛍光体を励起させる波長の光を放射するＬＥＤチップと、発光色の異なる複数の蛍光体を有する発光ダイオードであって、上記発光色の異なる複数の蛍光体を、多数の繊維が立体的に絡み合って形成された不織布を構成する繊維に担持させたことを特徴とする。
上記発光色の異なる複数の蛍光体としては、例えば、赤色発光用の蛍光体、緑色発光用の蛍光体、青色発光用の蛍光体が該当する。
【０００８】
また、本発明に係る発光ダイオード製造方法は、高融点材料より成る繊維を低融点材料より成る繊維で被覆して形成した複合繊維より成る集積体を形成する工程と、上記複合繊維を構成する低融点材料より成る繊維の融点より高く、且つ、高融点材料より成る繊維の融点より低い温度で、上記複合繊維の集積体を加熱して低融点材料より成る繊維のみを溶融させ、高融点材料より成る繊維の交差部分を、溶融した低融点材料より成る繊維を介して接着することにより、不織布を形成すると共に、発光色の異なる複数の粒子状の蛍光体を、溶融した低融点材料より成る繊維を介して、不織布を構成する繊維に接着する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光ダイオードにあっては、発光色の異なる複数の蛍光体を、多数の繊維が立体的に絡み合って形成された不織布を構成する繊維に担持させたので、コーティング材72中に複数種類の蛍光体74R，74G，74Bを混入して成る従来の発光ダイオード60のように蛍光体74R，74G，74Bが偏在することなく、発光色の異なる複数の蛍光体を、不織布を構成する繊維に略均一に分散担持させることができる。
従って、複数の蛍光体から放射される異なる発光色の可視光を十分に混色させることができ、色ムラの発生を抑制することができる。
【００１０】
本発明の発光ダイオードの製造方法にあっては、高融点材料より成る繊維を低融点材料より成る繊維で被覆した複合繊維を用い、低融点材料より成る繊維のみを溶融させて接着剤として機能させることにより、不織布の形成と、該不織布を構成する繊維への複数の蛍光体の担持を略同時に行うことができるので、極めて製造容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づき、本発明に係る発光ダイオードの実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る第１の発光ダイオード10を示すものであり、該第１の発光ダイオード10は、樹脂やセラミック等の絶縁材料より成る基板12上に、ＬＥＤチップ14を接続・固定して成る。該ＬＥＤチップ14は、窒化ガリウム系半導体結晶等で構成されており、後述する蛍光体を励起させる波長の紫外線を発光するものである。
また、上記基板12の表面から側面を経て裏面にまで延設された一対の外部電極16ａ，16ｂが相互に絶縁された状態で形成されている。
【００１２】
上記ＬＥＤチップ14上面の一方の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ18を介して、一方の外部電極16ａに接続されると共に、ＬＥＤチップ14上面の他方の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ18を介して、他方の外部電極16ｂに接続されている。
【００１３】
上記ＬＥＤチップ14及びボンディングワイヤ18は、基板12上に載置され、赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを担持して成るドーム状の繊維の集合体としての不織布22で覆われている。該ドーム状の不織布22は、接着等の手段で基板12上に接合・固定されている。
不織布22は、図２及び図３に示すように、多数の繊維24が立体的に絡み合って形成されるものであり、繊維24間には多数の空隙26（図３参照）が形成されており、また、多数の繊維24が立体的に絡み合っているため、単位体積当たりの繊維24の表面積が極めて大きいものである。
赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bは、不織布22を構成する繊維24の表面に被着・担持されているものであり、図４に示すように、繊維24の表面に、赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bの粒子が多数被着されている。
尚、不織布22を構成する繊維24の繊維密度や、不織布22の厚さ、目付等を適宜調整することにより、不織布22を構成する繊維24の総表面積を任意に増減可能である。
【００１４】
上記繊維24は、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂等の樹脂繊維、レーヨン等のセルロース系の化学繊維、ガラス繊維、アルミナ、ボロン等の金属繊維、天然繊維等の短繊維から成り、その直径は１〜２０μｍ、長さは０．５〜２０mm程度である。      
尚、長さが５０〜１００mm程度の長繊維から成る繊維24を用いることも勿論可能である。
【００１５】
上記赤色発光用の蛍光体20Rとして、Ｍ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（Ｍは、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙの何れか１種）、0.5ＭｇＦ２・3.5ＭｇＯ・ＧｅＯ２：Ｍｎ、2ＭｇＯ・2ＬｉＯ２・Ｓｂ２Ｏ３：Ｍｎ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ、ＹＶＯ4：Ｅｕ、（ＳｒＭｇ）3（ＰＯ4）：Ｓｎ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、ＣａＳｉＯ３：Ｐｂ，Ｍｎ等を用いることができる。
また、緑色発光用の蛍光体20Gとして、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｚｎ２ＳｉＯ4：Ｍｎ、（Ｃｅ，Ｔｂ，Ｍｎ）ＭｇＡｌ１１Ｏ１９、ＬａＰＯ4：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ１１Ｏ１９、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ等が用いることができる。
更に、青色発光用の蛍光体20Bとして、(ＳｒＣａＢａ)５(ＰＯ４)３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、（ＳｒＭｇ）２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ、Ｓｒ５（ＰＯ4）３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、ＣａＷＯ4、ＣａＷＯ4：Ｐｂ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、(Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ)１０(ＰＯ４)６Ｃｌ２：Ｅｕ等を用いることができる。
尚、上記蛍光体20R、20G、20Bは、有機、無機の蛍光染料や、有機、無機の蛍光顔料を含むものである。
【００１６】
上記ＬＥＤチップ14及び不織布22は、基板12上に配置された所定高さを備えた枠部材28で囲繞されていると共に、該枠部材28内にエポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂等の透光性材料を充填して形成された透光性の蓋部材30によって封止されている。
【００１７】
本発明の第１の発光ダイオード10にあっては、一対の外部電極16ａ，16ｂを介してＬＥＤチップ14に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ14が発光して、上記蛍光体20R、20G、20Bを励起させる紫外線が放射される。
この紫外線が、ＬＥＤチップ14を覆うドーム状の不織布22に担持された赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bに照射されることにより、赤色可視光、緑色可視光、青色可視光が放射され、これらが混色して白色光が生成される。生成された白色光は、透光性の蓋部材30を透過して外部へ放射されるのである。
【００１８】
而して、本発明の第１の発光ダイオード10にあっては、多数の繊維24が立体的に絡み合って形成された不織布22の繊維24表面に、赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを担持させたので、コーティング材72中に複数種類の蛍光体74R，74G，74Bを混入して成る従来の発光ダイオード60のように蛍光体74R，74G，74Bが偏在することなく、赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを、不織布22の繊維24表面に略均一に分散配置することができる。
従って、赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bから放射される赤色可視光、緑色可視光、青色可視光を十分に混色させることができ、色ムラの発生を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の第１の発光ダイオード10の場合には、ＬＥＤチップ14をドーム状の不織布22で覆い、該不織布22を構成する繊維24の表面に蛍光体20R、20G、20Bを担持せしめたことから、蛍光体20R、20G、20Bで波長変換される光を、蛍光体20R、20G、20Bで反射された反射光として取り出すことができる。従って、本発明の発光ダイオード10にあっては、蛍光体74R、74G、74Bで波長変換された光を、コーティング材72中の蛍光体74R、74G、74Bを透過する透過光として取り出している結果、透過光の一部がコーティング材72内部を透過してコーティング材72外部へ出射するまでの間に蛍光体74R、74G、74Bによって吸収（自己吸収）されてしまう従来の上記発光ダイオード60に比べ、光の取出し効率が向上し、高輝度化を図ることができる。しかも、ＬＥＤチップ14が不織布22で覆われているので、ＬＥＤチップ14から放射されたほぼ全ての光を、蛍光体20R、20G、20Bを担持した不織布22に照射することができる。
さらに、本発明の第１の発光ダイオード10は、単位体積当たりの繊維24の表面積が極めて大きい不織布22R、22G、22Bを構成する繊維24の表面に蛍光体20R、20G、20Bを担持せしめたことから、従来の発光ダイオード60の如く、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中に蛍光体74R、74G、74Bを混入した場合に比べ、蛍光体20R、20G、20Bの量及び表面積が飛躍的に増大し、高輝度化を実現できる。
【００２０】
尚、上記不織布22は、ドーム状に限定されるものではなく、例えば内部が中空の直方体状であっても良く、要するに、ＬＥＤチップ14が不織布22で覆われていれば良い。
【００２１】
以下、本発明の第１の発光ダイオード10において、不織布22に、赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを担持させる方法について説明する。
先ず、ポリプロピレン等の高融点材料より成る繊維24を、ポリエチレン等の低融点材料より成る繊維32で被覆した所定長さの複合繊維34（図５参照）を多数準備し、カード法やエアレイ法等を用いて、これら多数の複合繊維34より成るシート状の集積体（ウェブ）を形成する。
また、粒子状の赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを混合しておく。
【００２２】
次に、シート状の集積体を、上記複合繊維34を構成する低融点材料より成る繊維32の融点より高く、且つ、高融点材料より成る繊維24の融点より低い温度で加熱し、低融点材料より成る繊維32のみを溶融させると共に、混合してなる粒子状の赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを上記集積体に吹き付ける。
【００２３】
この結果、高融点材料より成る繊維24の交差部分が、溶融した低融点材料より成る繊維32を介して接着することにより、シート状の不織布22が形成されると共に、粒子状の赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bが、溶融した低融点材料より成る繊維32を介して、不織布22を構成する繊維24の表面に、略均一に接着・担持される。
上記方法にあっては、高融点材料より成る繊維24を低融点材料より成る繊維32で被覆した複合繊維34を用い、低融点材料より成る繊維32のみを溶融させて接着剤として機能させることにより、不織布22の形成と、不織布22を構成する繊維24の表面への蛍光体20R、20G、20Bの担持を略同時に行うことができるので、極めて製造容易である。
上記方法で製造されたシート状の不織布22を型抜き等して、上記ドーム状の不織布22は形成される。
【００２４】
上記方法以外にも、不織布22を加熱して、該不織布22を構成する繊維24の表面を溶融させた状態で、混合してなる粒子状の赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを吹き付けることにより、不織布22を構成する繊維24の表面に蛍光体20R、20G、20Bを被着・担持させることもできる。
さらに、混合してなる粒子状の赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを高温加熱した状態で不織布22に吹きつけ、不織布22を構成する繊維24を一部溶融させることにより、不織布22を構成する繊維24の表面に蛍光体20R、20G、20Bを被着・担持させることもできる。
【００２５】
上記第１の発光ダイオード10は、ＬＥＤチップ14を不織布22で覆った場合を示すものであるが、本発明はこれに限定されるものでない。
例えば、図６に示す第２の発光ダイオード40のように、ＬＥＤチップ14上に、シート状の不織布22（図７）を配置すると共に、該不織布22を構成する繊維24の表面に赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを担持させても良い。
また、図８に示す第３の発光ダイオード42のように、ＬＥＤチップ14を筒状の不織布22（図９）で囲繞すると共に、該不織布22を構成する繊維24の表面に赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを担持させても良い。
【００２６】
さらに、図１０に示す第４の発光ダイオード44のように、ＬＥＤチップ14を不織布22によって密着状態で被覆すると共に、該不織布22を構成する繊維24の表面に赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを担持させても良い。
この場合、ガラス転移点を有する材料（ポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂等）より成る繊維24で構成したシート状の不織布22をＬＥＤチップ14上に配置した状態で、バーナ46等を用いて不織布22をそのガラス転移点の温度で加熱する（図１１参照）ことにより、不織布22が軟化収縮してＬＥＤチップ14を密着状態で被覆することができる。
【００２７】
上記においては、不織布22を構成する繊維24の「表面」に赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを担持せしめた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、透明樹脂等より成る透光性の繊維24に粒子状の蛍光体20R、20G、20Bを練り混むことにより、不織布22を構成する繊維24に蛍光体20R、20G、20Bを担持させても良い。
この場合、例えば、未硬化状態の透明樹脂中に、混合してなる粒子状の赤色発光用の蛍光体20R、緑色発光用の蛍光体20G、青色発光用の蛍光体20Bを所定量混入した後、透明樹脂を延伸、硬化させ、その後、所定の長さに切断することにより、蛍光体20R、20G、20Bが練り混まれた多数の繊維を形成し、斯かる蛍光体20R、20G、20Bが練り混まれた多数の繊維を用いて不織布22を形成すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る第１の発光ダイオードを模式的に示す概略断面図である。
【図２】不織布を模式的に示す部分拡大図である。
【図３】不織布を構成する繊維を模式的に示す拡大図である。
【図４】不織布を構成する繊維を模式的に示す断面図である。
【図５】複合繊維を示す概略断面図である。
【図６】本発明に係る第２の発光ダイオードを模式的に示す概略断面図である。
【図７】第２の発光ダイオードの不織布を模式的に示すに斜視図である。
【図８】本発明に係る第３の発光ダイオードを模式的に示す概略断面図である。
【図９】第３の発光ダイオードの不織布を模式的に示すに斜視図である。
【図１０】本発明に係る第４の発光ダイオードを模式的に示す概略断面図である。
【図１１】第４の発光ダイオードの製造方法を模式的に示す説明図である。
【図１２】従来の発光ダイオードを模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
10  第１の発光ダイオード
12  基板
14  ＬＥＤチップ
16ａ外部電極
16ｂ外部電極
18  ボンディングワイヤ
20R赤色発光用の蛍光体
20G緑色発光用の蛍光体
20B青色発光用の蛍光体
22  不織布
24  繊維
28  枠部材
30  蓋部材
34  複合繊維
40  第２の発光ダイオード
42  第３の発光ダイオード
44  第４の発光ダイオード
【図１】
2006286672.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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